本發明屬于模具鋼熱處理

　　技術領域：

　　，具體涉及一種h13模具鋼及其熱處理工藝。

　　背景技術：

　　：h13鋼是一種強韌兼備的空冷硬化性熱作模具鋼，因其具有良好的熱強性、紅硬性、較高的韌性、抗熱疲勞性和抗熱蝕性，現已被廣泛用于熱鍛模、鋁合金壓鑄模和熱擠壓模。h13熱作模具鋼含有8％的合金元素，在凝固過程中，由于選分結晶，鑄錠心部存在嚴重的枝晶偏析，同時，在枝晶間富集了大量高熔點的塊狀共晶碳化物。目前國內市場上提供的一些h13熱作模具鋼鍛材，即使經過高溫擴散退火和預備熱處理，但材料依然存在組織不均、力學性能不穩定等問題。材料組織不均主要表現為帶狀組織較為嚴重和退火組織晶粒尺寸不均，其中，帶狀組織的存在，大幅降低材料的橫向沖擊韌性，使材料具有明顯的各向異性，即等向性差；退火組織的晶粒尺寸不均，嚴重時表現為混晶組織，將嚴重影響材料的沖擊韌性，降低抗疲勞性能。因此，通過合理的熱處理手段，提高h13熱作模具鋼的組織均勻性，是提高模具使用壽命的有效途徑。技術實現要素：針對上述現有技術，本發明提供一種h13模具鋼熱處理工藝，以解決h13模具鋼力學性能不穩定的技術問題。為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案是：提供一種h13模具鋼熱處理工藝，其特征在于，包括以下步驟：(1)一次熱處理：將鍛造后的h13坯料空冷至450～500℃，該溫度在馬氏體轉變點以上，可有效防止馬氏體的轉變，使h13模具鋼保持較高的硬度；然后裝入熱處理爐中，以10～20℃/h的升溫速度將爐溫升至550～570℃，保溫2～3h，經過該處理后，h13坯料內外溫度保持一致，可避免在后續處理過程中由于溫度分布不均而引起金相組織異常生長，鋼材的金相組織分布更加均勻；再以25～50℃/h的升溫速度將爐溫升至850～900℃，保溫1～2h，經過該處理后，鋼材組織內部的樹晶以及樹晶間的偏聚區被破壞；然后快速將爐溫升至1000～1050℃，保溫8～10h，在此過程中，碳化物溶解到奧氏體中，并且合金元素相互擴散，可有效改善合金元素的偏析，鋼材組織進一步趨于均勻；再通過急風速冷，將h13坯料的溫度降至350～400℃，急風速冷可以使溶解的碳化物快速析出而不長大，均勻分布在基體上，而且析出的碳化物細小，打破網狀和鏈狀的碳化物，合金元素來不及擴散，偏析得到明顯改善。(2)二次熱處理：將經過步驟(1)處理的h13坯料放入熱處理爐中，一次升溫至630～650℃并保溫，保溫時間為80～100s/mm，經過該處理后，可減少金晶粒內部的畸變，降低畸變能，使得晶粒內部更加均勻；然后二次升溫至900～950℃并保溫，保溫時間為120～150s/mm；再三次升溫至1100℃并保溫，保溫時間40～60s/mm，經過上述處理后，金晶粒內部的大部分位錯被消除，可避免位錯對溶質原子運動的限制，鋼材組織結構獲得最佳的擴散條件；(3)淬火冷卻：將經過步驟(2)處理的h13坯料置于溫度為200～220℃的淬火硝鹽爐中，將其溫度降至450～500℃，然后空冷至100～120℃；(4)回火：將經過步驟(3)處理的h13坯料加熱至550～600℃，保溫4～6h，然后空冷至室溫，完成熱處理。經過淬火和回火處理后，鋼材的強度和韌性得以提升。在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。進一步，步驟(1)中熱處理爐的爐溫在300℃以下。進一步，步驟(2)中一次升溫的速度為10～20℃/h，二次升溫速度為10～20℃/h，三次升溫速度為5～10℃/h。采用本發明中的熱處理工藝，可以得到一種力學性能優良的h13模具鋼，所得到的h13模具鋼包括以下質量百分比的組分：c0.38～0.43％，si0.85～1.20％，mn0.2～0.4％，cr4.80～5.50％，mo1.26～1.68％，v0.80～1.20％，p≤0.02，s≤0.01，余量為鐵和不可避免的雜質。本發明的有益效果是：本發明中熱處理工藝，通過一次熱處理，可破壞鋼材組織內的樹枝晶，改變合金元素的擴散環境。然后經過二次熱處理，促進合金元素的充分擴散，從而成功消除h13模具鋼中的帶狀組織。采用本發明中的熱處理工藝，可有效提高h13模具鋼的純凈度和致密度，減少組織的偏析，沖擊韌性、熱疲勞抗力得以提高，使用壽命大大延長。具體實施方式下面結合實施例對本發明的具體實施方式做詳細的說明。實施例一一種h13模具鋼熱處理工藝，包括以下步驟：(1)一次熱處理：將鍛造后的h13坯料(尺寸為1120mm×690mm×170mm)空冷至450℃，然后裝入爐溫為300℃的熱處理爐中，以15℃/h的升溫速度將爐溫升至550℃，保溫3h，再以25℃/h的升溫速度將爐溫升至850℃，保溫2h，然后快速將爐溫升至1000℃，保溫10h，再通過急風速冷，將h13坯料的溫度降至350℃；(2)二次熱處理：將經過步驟(1)處理的h13坯料放入爐溫為300℃的熱處理爐中，以10℃/h的升溫速度將爐溫升至630℃并保溫，保溫時間為100s/mm(鋼材厚度每增加1mm，保溫時間延長100s)；然后以10℃/h的升溫速度將爐溫升至900℃并保溫，保溫時間為150s/mm；再以5℃/h的升溫速度將爐溫升至1100℃并保溫，保溫時間60s/mm；(3)淬火冷卻：將經過步驟(2)處理的h13坯料置于溫度為200℃的淬火硝鹽爐中，將其溫度降至450℃，然后空冷至100℃；(4)回火：將經過步驟(3)處理的h13坯料加熱至550℃，保溫6h，然后空冷至室溫，完成熱處理。實施例二一種h13模具鋼熱處理工藝，包括以下步驟：(1)一次熱處理：將鍛造后的h13坯料(尺寸為1120mm×690mm×170mm)空冷至480℃，然后裝入爐溫為280℃的熱處理爐中，以10℃/h的升溫速度將爐溫升至560℃，保溫2.5h，再以40℃/h的升溫速度將爐溫升至870℃，保溫2h，然后快速將爐溫升至1050℃，保溫10h，再通過急風速冷，將h13坯料的溫度降至370℃；(2)二次熱處理：將經過步驟(1)處理的h13坯料放入爐溫為280℃的熱處理爐中，以15℃/h的升溫速度將爐溫升至640℃并保溫，保溫時間為90s/mm；然后以15℃/h的升溫速度將爐溫升至930℃并保溫，保溫時間為130s/mm；再以10℃/h的升溫速度將爐溫升至1100℃并保溫，保溫時間50s/mm；(3)淬火冷卻：將經過步驟(2)處理的h13坯料置于溫度為200℃的淬火硝鹽爐中，將其溫度降至470℃，然后空冷至110℃；(4)回火：將經過步驟(3)處理的h13坯料加熱至570℃，保溫5h，然后空冷至室溫，完成熱處理。實施例三一種h13模具鋼熱處理工藝，包括以下步驟：(1)一次熱處理：將鍛造后的h13坯料(尺寸為1120mm×690mm×170mm)空冷至500℃，然后裝入爐溫為250℃的熱處理爐中，以20℃/h的升溫速度將爐溫升至570℃，保溫2h，再以50℃/h的升溫速度將爐溫升至900℃，保溫1h，然后快速將爐溫升至1050℃，保溫8h，再通過急風速冷，將h13坯料的溫度降至400℃；(2)二次熱處理：將經過步驟(1)處理的h13坯料放入爐溫為250℃的熱處理爐中，以20℃/h的升溫速度將爐溫升至650℃并保溫，保溫時間為80s/mm；然后以20℃/h的升溫速度將爐溫升至950℃并保溫，保溫時間為120s/mm；再以10℃/h的升溫速度將爐溫升至1100℃并保溫，保溫時間40s/mm；(3)淬火冷卻：將經過步驟(2)處理的h13坯料置于溫度為220℃的淬火硝鹽爐中，將其溫度降至500℃，然后空冷至120℃；(4)回火：將經過步驟(3)處理的h13坯料加熱至600℃，保溫4h，然后空冷至室溫，完成熱處理。對比例一一種h13模具鋼的熱處理方法，包括以下步驟：(1)將鍛造后的h13模塊空冷至500℃，然后放入熱處理爐中，隨爐升溫至550℃，保溫4h，其中，熱處理爐的爐溫≤300℃；(2)第一階段的熱處理：將爐溫升至1000℃，保溫9h，將模塊從爐內取出，通過急風速冷，使模塊溫度冷卻到350℃；(3)再將步驟(2)中冷卻的h13模塊放入到熱處理爐中，控制加熱速度使h13模塊加熱到650℃，保溫4h；(4)第二階段的熱處理：步驟(3)中h13模塊隨熱處理爐加熱到820℃，保溫12h，控制熱處理爐冷卻并使h13模塊冷卻到650℃，保溫4h，隨爐冷卻至380℃，出爐空冷，完成熱處理，其中，熱處理爐冷卻速度為15℃/h。對比例二一種h13模具鋼熱處理方法，包括以下步驟：(1)采用兩鐓兩拔工藝對經過電渣重熔得到的鋼錠進行一次加熱鍛造，一次加熱鍛造包括將經過電渣重熔得到的鋼錠加熱至850℃～1180℃，其中始鍛溫度為1180℃，終鍛溫度為850℃；(2)對經過一次鍛造的鋼錠進行三階段保溫處理，三階段保溫處理包括：第一階段保溫，以5℃/min的速度將鋼錠加熱到400℃并保溫，保溫時間為100s/mm；第二階段保溫，以5℃/min的速度將鋼錠加熱到650℃并保溫，保溫時間為80s/mm；第三階段保溫，以4℃/min的速度將鋼錠加熱到900℃并保溫，保溫時間為90s/mm；(3)將經過保溫處理的鋼錠進行擴散退火；(4)采用兩鐓兩拔工藝對經過擴散退火的鋼錠進行二次加熱鍛造；(5)對所得鋼錠進行等溫球化退火。結果分析按照gb/t1299-2000的標準對上述各實驗組得到的模具鋼進行化學成分分析和力學性能檢測，其中化學成分列于表1，力學性能列于表2。表1h13模具鋼的化學元素重量％從表1中可以看出，各實驗組得到的h13模具鋼均復合國家標準。表2h13模具鋼的力學性能硬度(hrc)抗拉強度(mpa)沖擊韌性(j/cm2)斷裂韌性(mpa·m1/2)實施例一59.1211250.192.1實施例二59.6209849.890.2實施例三58.9214349.291.8對比例一57.3186540.476.7對比例二58.0189039.879.3從表2中可以看出，各實驗組得到的h13模具鋼硬度相差不大，而采用本發明的熱處理方法處理后h13模具鋼的抗拉強度、沖擊韌性和斷裂韌性明顯優于對比例中的h13模具鋼，這可能是因為本發明的熱處理工藝采用兩次熱處理，不僅破壞了鋼材組織內的樹枝晶，改變合金元素的擴散環境，而且可促進合金元素的充分擴散，成功消除了h13模具鋼中的帶狀組織，鋼材的純凈度和致密度，減少組織的偏析，沖擊韌性、熱疲勞抗力得以提高。對比文件1也經過了兩個階段的熱處理，雖然能夠一定程度的破壞樹枝晶，但是合金元素未充分相互擴散，合金元素偏析嚴重，鋼材組織分布不均，進而對力學性能產生了影響。對比文件2經過三段保溫，雖然可以減少金晶粒內部的缺陷，并行成合金元素的快速通道，但是鋼材內部還是存在較多的樹枝晶，進而對力學性能產生了影響。雖然結合實施例對本發明的具體實施方式進行了詳細地描述，但不應理解為對本專利的保護范圍的限定。在權利要求書所描述的范圍內，本領域技術人員不經創造性勞動即可作出的各種修改和變形仍屬本專利的保護范圍。當前第1頁12

　　技術特征：

　　技術總結

　　本發明公開了一種H13模具鋼及其熱處理工藝，H13模具鋼經過兩次熱處理以及淬火和回火處理得到；其中，一次熱處理是將H13坯料裝入熱處理爐中，依次溫至550～570℃、850～900℃和1000～1050℃，并在相應溫度下保溫一段時間，然后急風速冷；二次熱處理是將一次熱處理后的H13坯料依次升溫至630～650℃、900～950℃和1100℃，并在相應溫度下保溫一段時間，然后放入淬火硝鹽爐中進行淬火，最后將淬火后的H13坯料加熱至550～600℃，再冷卻至室溫，即完成熱處理。采用本發明中熱處理工藝，可有效有效減少H13模具鋼組織的偏析，其沖擊韌性、熱疲勞抗力得以提高，使用壽命大大延長。

　　技術研發人員：欒道成;陳寶書;胡志華;王正云;陳杰;廖力;孫建國

　　受保護的技術使用者：西華大學

　　技術研發日：2019.01.18

　　技術公布日：2019.06.07